[发明专利]一种光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法及系统

说明书

本发明提供一种光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法及系统，该方法包括：数字信号处理芯片产生调制电压信号后，通过数模转换器和调制波驱动电路输出至Y波导相位调制器，调制电压信号为非线性激发调制波信号和固定阶梯波信号的叠加信号；Y波导相位调制器将调制电压信号转换为调制相位信号，得到调制相位差；光电探测器检测调制相位差，并通过前置放大器和模数转换器输出至数字信号处理芯片；数字信号处理芯片根据调制相位差计算并输出第一解调值；确定模块根据第一解调值确定闭环反馈回路调制系数非线性度。本发明实现了光纤陀螺的闭环测试，提高了反馈回路非线性测试的准确性。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种光纤陀螺闭环反馈回路非线性度 测试方法及系统。

背景技术

光纤陀螺作为一种基于Sagnac效应的惯性角速度传感器，以其特有的技 术和性能优势，广泛应用于惯性测量领域。

目前，光纤陀螺普遍采用闭环反馈方式，以提高其灵敏度、稳定性、动态 范围和标度因素的线性度。反馈回路包括三个关键器件：数模转换器(DAC)、 调制波驱动电路(运算放大器)、集成光学调制器(Y波导相位调制器)。DAC 将数字信号转换成模拟电流信号，经过调制波驱动电路转换成电压信号，驱动 电路的输出是阶梯波和方波叠加的调制信号，最后通过集成光学调制器转换成 光相位调制信号，实现光纤陀螺的相位调制。

反馈回路调制系数由DAC器件的转换系数k_DA，驱动放大电路的放大系 数k_sd以及Y波导相位调制器的调制系数构成，可表示为：

式中，G为Y波导相位调制器两个电极的间距，λ为真空中的波长，n_e为 铌酸锂晶体非寻常光折射率，γ₃₃为铌酸锂晶体的电光张量系数，Γ为电场和光 场的重叠因子，L为铌酸锂晶体的电极长度，V为FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)产生的数字调制电压，ΔΦ为调制相位差。

理想情况下，数字调制电压与调制相位差之间呈线性关系，即k为常数。 而实际情况下，由于DAC自身的差分非线性和积分非线性，调制波驱动电路 的增益非线性，Y波导相位调制器的外加电场、光折变效应以及温度特性导致 的波导调制系数非线性等，会造成反馈回路调制系数k的非线性。反馈回路调 制系数非线性会导致光纤陀螺的输出有随阶梯波周期性变化的干扰误差，当转 速相位差小于该非线性误差产生的相位差时，会引起“死区”。

研究反馈回路调制系数非线性度的测试方法能够准确获得由调制系数非 线性对光纤陀螺输出误差的影响，可为后续反馈回路非线性抑制方法的提出、 器件性能的改进提供指导。目前对反馈回路调制系数非线性度的测试方案较少， 测试中硬件电路较复杂，测试方法不易实现，且测试中未考虑温度漂移对反馈 回路调制系数线性度的影响，测量精度不准确。丁东发在《光纤陀螺用Y波 导电光调制特性测试研究》中设计了马赫-曾德干涉仪的非线性测试方法，由 于仅测试几个特殊点的非线性关系，测量精度较差。王巍在《光纤陀螺用Y 波导相位调制线性度测试方法》中采用最小二乘拟合的方法进行非线性测试， 该拟合方法复杂，且测试时陀螺工作于开环状态，易受敏感转速的影响，使得 反馈回路非线性测试的准确性较低。

发明内容

本发明实施例提供一种光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试方法及系统， 以解决光纤陀螺反馈回路非线性测试的准确性的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种光纤陀螺闭环反馈回路非线性度测试 方法，包括：

数字信号处理芯片产生调制电压信号后，通过数模转换器和调制波驱动电 路输出至Y波导相位调制器，所述调制电压信号为非线性激发调制波信号和 固定阶梯波信号的叠加信号；

所述Y波导相位调制器将所述调制电压信号转换为调制相位信号，得到 调制相位差；